Li-ion-akku
Pitoisuus
Litiumioniakku tai litiumioniakku on eräänlainen litiumakku
Nousevat teknologiat sähköiseen liikkuvuuteen
Älypuhelimet, ajokamerat, droonit, sähkötyökalut, sähkömoottoripyörät, skootterit ... litiumakut ovat läsnä jokapäiväisessä elämässämme nykyään ja ovat mullistaneet monia käyttötarkoituksia. Mutta mitä ne itse asiassa tuovat ja voivatko ne vielä kehittyä?
Tarina
Stanley Whittingham esitteli litiumioniakun 1970-luvulla. Jälkimmäisen työtä jatkavat John B. Goodenough ja Akiro Yoshino vuonna 1986. Vasta vuonna 1991 Sony toi markkinoille ensimmäisen laatuaan akun ja aloitti teknologisen vallankumouksen. Vuonna 2019 kolmelle keksijälle myönnettiin kemian Nobelin palkinto.
Miten se toimii?
Litiumioniakku on itse asiassa paketti useista litiumionikennoista, jotka varastoivat ja palauttavat sähköenergiaa. Akku perustuu kolmeen pääkomponenttiin: positiiviseen elektrodiin, jota kutsutaan katodiksi, negatiiviseen elektrodiin, jota kutsutaan anodiksi, ja elektrolyyttiin, johtavaan liuokseen.
Kun akku on tyhjä, anodi lähettää elektroneja elektrolyytin kautta katodille, joka vuorostaan vaihtaa positiivisia ioneja. Liike muuttuu latauksen aikana.
Siksi toimintaperiaate pysyy samana kuin "lyijyakussa", paitsi että tässä elektrodien lyijy ja lyijyoksidi korvataan kobolttioksidikatodilla, joka sisältää pienen liljan ja grafiittianodin. Samoin rikkihappo tai vesihaude väistyy litiumsuolojen elektrolyytille.
Nykyään käytetty elektrolyytti on nestemäisessä muodossa, mutta tutkimus on menossa kohti kiinteää, turvallisempaa ja kestävämpää elektrolyyttiä.
Edut
Miksi litiumioniakku on syrjäyttänyt kaikki muut viimeisen 20 vuoden aikana?
Vastaus on yksinkertainen. Tämä akku tarjoaa erinomaisen energiatiheyden ja tarjoaa siksi saman suorituskyvyn painonsäästössä kuin lyijy, nikkeli ...
Näillä akuilla on myös suhteellisen alhainen itsepurkautuminen (enintään 10 % kuukaudessa), huoltovapaa eikä niissä ole muistivaikutusta.
Lopuksi, jos ne ovat kalliimpia kuin vanhemmat akkuteknologiat, ne ovat halvempia kuin litiumpolymeeri (Li-Po) ja pysyvät tehokkaampia kuin litiumfosfaatti (LiFePO4).
Rajoitukset
Litium-ioni-akut eivät kuitenkaan ole ihanteellisia, ja varsinkin niissä on enemmän kennovaurioita, jos ne ovat täysin tyhjät. Siksi, jotta ne eivät menetä ominaisuuksiaan liian nopeasti, on parempi ladata ne odottamatta niiden litistymistä.
Ensinnäkin akku voi aiheuttaa vakavia turvallisuusriskejä. Kun akku on ylikuormitettu tai laskee alle -5 °C:n, litium jähmettyy dendriittien kautta jokaisesta elektrodista. Kun anodi ja katodi on yhdistetty dendriiteillään, akku voi syttyä tuleen ja räjähtää. Useita tapauksia raportoitiin Nokian, Fujitsu-Siemensin tai Samsungin kanssa, räjähdyksiä tapahtui myös lentokoneissa, joten nykyään litiumioniakun kuljettaminen ruumassa on kielletty ja matkustamoon pääsy on usein teholtaan rajoitettua (kielletty yllä). 160 Wh ja luvanvaraisesti 100-160 Wh).
Tämän ilmiön torjumiseksi valmistajat ovat ottaneet käyttöön elektronisia ohjausjärjestelmiä (BMS), jotka pystyvät mittaamaan akun lämpötilaa, säätämään jännitettä ja toimimaan katkaisijana poikkeavuuksien sattuessa. Kiinteä elektrolyytti tai polymeerigeeli ovat myös näkökulmia, joita tutkitaan ongelman kiertämiseksi.
Ylikuumenemisen välttämiseksi akun latausta hidastetaan viimeisten 20 prosentin aikana, joten latausajat mainostetaan usein vain 80 prosentissa ...
Erittäin käytännöllinen päivittäiseen käyttöön tarkoitettu litiumioniakku vaikuttaa kuitenkin syvästi ympäristöön, sillä se poistaa ensin litiumia, joka vaatii tähtitieteellisen määrän makeaa vettä, ja kierrättää sen sitten käyttöikänsä lopussa. Kierrätys tai uudelleenkäyttö lisääntyy kuitenkin vuosi vuodelta.
Mikä on litiumionin tulevaisuus?
Kun tutkimus siirtyy yhä enemmän vaihtoehtoisiin teknologioihin, jotka ovat vähemmän saastuttavia, kestävämpiä, halvempia valmistaa tai turvallisempia, onko litiumioniakku saavuttanut potentiaalinsa?
Kolme vuosikymmentä kaupallisesti toiminut litiumioniakku ei ole sanonut viimeistä sanaansa, ja kehitys parantaa energiatiheyttä, latausnopeutta tai turvallisuutta. Olemme nähneet tämän vuosien varrella, varsinkin moottoroitujen kaksipyöräisten ajoneuvojen alalla, jossa skootteri oli olemassa vain noin viisikymmentä kilometriä viisi vuotta sitten, ja jotkut moottoripyörät ylittävät nyt 5 kantamapäätettä.
Vallankumouksen lupaukset ovat myös legioonaa, kuten Nawa-hiilielektrodi, Jenax-taitettava akku, 105 °C käyttölämpötila NGK:ssa ...
Valitettavasti tutkimus kohtaa usein kannattavuuden ja teollisuuden tarpeiden ankaran todellisuuden. Vaihtoehtoisen teknologian, erityisesti odotetun litium-ilman, kehitystä odotettaessa litium-ionilla on vielä edessään valoisa tulevaisuus, erityisesti sähköisten kaksipyöräisten autojen maailmassa, jossa painon ja jalanjäljen vähentäminen ovat tärkeitä kriteerejä.
